
【化】 discrete vortex
disperse; scatter
【计】 dissociaton
【医】 straggling
eddy; whirlpool; whorl
【医】 vertex; vortex; vortices; whorl
在流体力学和计算流体动力学领域,"离散涡"(Discrete Vortex)是一种重要的数值模拟方法,其核心含义如下:
离散涡指将连续流体中的涡量场(Vorticity Field)离散化为有限个携带环量的点涡或涡团(Vortex Blobs),通过追踪这些离散涡元的运动来模拟复杂流动现象的计算方法。其英文对应术语为Discrete Vortex Method (DVM) 或Vortex Particle Method。
该方法基于涡量动力学方程(Vorticity Transport Equation): $$ frac{Dboldsymbol{omega}}{Dt} = (boldsymbol{omega} cdot abla)mathbf{u} + u ablaboldsymbol{omega} $$ 其中:
离散化过程将涡量场近似为: $$ boldsymbol{omega}(mathbf{x},t) approx sum_{i=1}^N Gamma_i zeta_sigma(mathbf{x} - mathbf{x}_i(t)) $$ 式中 $Gamma_i$ 为第 $i$ 个涡元的环量,$zeta_sigma$ 为光滑核函数,$mathbf{x}_i$ 为涡元位置。
适用于翼型失速、涡脱落(如卡门涡街)、生物推进等瞬态流动问题。
在微流体器件设计中用于模拟细胞尺度流动。
风力机尾流、建筑风荷载等大尺度分离流的高效计算。
Saffman, P. G. (1992). Vortex Dynamics. Cambridge University Press. (涡方法数学框架)
《计算流体力学方法及应用》(2021),国防工业出版社,第7章"涡方法在分离流模拟中的进展"。
Cottet, G.-H. & Koumoutsakos, P.D. (2000). Vortex Methods: Theory and Practice. SIAM. (现代离散涡算法综述)
注:因搜索结果未提供具体网页,参考文献依据经典学术著作及行业标准教材选取,符合原则的权威来源。实际引用时建议通过学术数据库(如ScienceDirect, SpringerLink)获取原文链接。
离散涡(Discrete Vortex)是流体力学中的一种数值模拟方法,其核心思想是将连续的涡量场离散化为有限个离散的涡元(如涡点、涡线或涡团),通过追踪这些涡元的运动来模拟流体的整体行为。以下是详细解释:
定义
离散涡法(Discrete Vortex Method, DVM)通过将流体中的涡旋结构离散化为独立的涡元,利用涡量守恒定律和速度叠加原理计算流场演变。其数学模型基于Biot-Savart定律,公式如下(以二维为例):
$$
mathbf{v}_i = frac{Gamma_i}{2pi} cdot frac{mathbf{r}_i times mathbf{e}_z}{|mathbf{r}_i| + epsilon}
$$
其中,$Gamma_i$为涡元强度,$mathbf{r}_i$为位置向量,$epsilon$为数值平滑参数。
核心原理
船舶与海洋工程
航空航天
工业流动
优势 | 局限性 |
---|---|
避免网格畸变,适合大变形流动 | 计算量随涡元数量增加而剧增 |
自然捕捉涡动力学行为 | 对粘性效应需额外模型处理 |
无数值耗散,精度高 | 三维扩展复杂度较高 |
若需深入理解数学推导或具体案例,可参考、、中的学术文献或应用实例。
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